请问能否详细地讲解fpga温度采集原理呢？

一苇杭之

请问能否详细地讲解fpga温度采集原理呢？ [复制链接]

 

请问能否详细地讲解fpga温度采集原理呢？

谨言慎行

FPGA温度采集通常使用数字温度传感器如DS18B20，其工作原理和过程如下：

1. DS18B20传感器概述：DS18B20是一款数字温度传感器，采用单总线协议，能够将温度以数字信号的形式输出，具有精度高、抗干扰能力强等特点。它支持9至12位的可配置温度读数，并且具有用户可编程的非易失性报警功能1。

2. 温度采集原理：DS18B20内部包含一个温度传感器，能够测量-55℃至+125℃范围内的温度，并且具有±0.5℃的精度。温度数据被转换成数字信号，存储在高速缓存器中。FPGA通过1-Wire通信协议读取这些数据，然后根据DS18B20的分辨率和数据格式，将二进制补码形式的数据转换为实际温度值1。

3. 通信协议：DS18B20使用1-Wire通信协议，该协议通过单根数据线与FPGA通信。通信过程包括初始化、ROM命令、功能命令等步骤。在初始化过程中，FPGA发出复位脉冲，DS18B20响应存在脉冲，表明准备好进行通信1。

4. 读取温度数据：FPGA通过发送特定的功能命令，如温度转换命令[44h]，启动DS18B20的温度转换过程。完成后，FPGA读取高速缓存器中的数据，这些数据包含了温度信息。读取的数据通常为16位，其中包含温度的二进制补码表示3。

5. 数据处理：读取到的数据需要根据DS18B20的配置分辨率进行转换。例如，如果配置为12位分辨率，那么所有位都包含有效数据。如果温度数据的符号位为1，则表示负温度，需要进行相应的转换以得到正确的温度值3。

6. 温度显示与报警：FPGA处理完读取的数据后，可以将温度信息显示在数码管上，并通过蜂鸣器进行温度异常的报警。例如，当温度超过预设的阈值时，蜂鸣器会发出警报5。

7. 实际操作：在实际应用中，FPGA控制DS18B20进行温度采集的流程包括初始化、发送ROM命令、发送功能命令、等待温度转换完成、读取温度数据等步骤。这些步骤需要通过FPGA编程实现，并且可以通过按键等用户界面进行操作5。

通过上述步骤，FPGA可以有效地实现温度采集、处理和显示的功能，适用于多种需要温度监控的场合。

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FPGA温度采集原理通常涉及到使用数字温度传感器如DS18B20，通过特定的通信协议（如1-Wire协议）与FPGA进行数据交换来实现温度的实时采集。以下是DS18B20数字温度传感器与FPGA配合进行温度采集的基本原理和步骤：

1. DS18B20概述：DS18B20是DALLAS半导体公司出产的单总线数字温度传感器，具有体积小、功耗低、抗干扰能力强、精度高等特性。它采用1-Wire通信协议，即仅用一根数据线与微控制器或FPGA进行通信，能够提供9-12位的温度读数，并且具有用户可编程的报警功能 1。

2. 内部结构：DS18B20内部包含高速缓存器、64位光刻ROM等，其中高速缓存器存储有数字温度结果，配置寄存器允许用户自定义温度转换精度 1。

3. 温度测量原理：DS18B20中的温度传感器完成对温度的测量，用户可以通过发送温度转换命令来启动测量过程。测量完成后，温度值会保存在高速缓存器中，并通过1-Wire总线传输，数据传输顺序为低位到高位 1。

4. 操作步骤：FPGA控制DS18B20完成温度转换需要经过初始化、ROM命令和功能命令三个步骤。初始化是通过复位脉冲和存在脉冲完成的。ROM命令用于识别总线上的设备，而功能命令则用于操控DS18B20进行温度转换或读取数据 1。

5. 1-Wire总线时序控制：DS18B20采用1-Wire总线通信协议，定义了复位脉冲、写时序和读时序等信号形式，确保数据的完整性 1。

6. 温度数据解析：从DS18B20读取的温度数据是二进制补码形式，需要转换为原码并乘以精度值来得到实际的温度值。例如，如果读取的数据为负数，需要先取反加一，然后转换为十进制并乘以精度值 5。

7. 实现：在FPGA中实现温度采集，通常需要编写Verilog或VHDL代码来控制1-Wire总线，发送正确的命令序列，并读取DS18B20返回的温度数据。然后，将这些数据转换为可显示或进一步处理的格式 3。

8. 上板验证：在实际硬件上，通过FPGA控制DS18B20进行实时温度采集，并显示在数码管或通过串口发送到上位机进行监控 3。

总结来说，FPGA温度采集原理涉及到使用DS18B20这样的数字温度传感器，通过1-Wire通信协议与FPGA进行交互，实现温度的测量、读取和处理。开发者需要理解1-Wire协议的时序要求，并在FPGA上实现相应的控制逻辑 135。